[发明专利]一种用于下肢假肢的接受腔的制备方法

权利要求书

1.一种制备用于下肢假肢的接受腔的方法，其特征在于，用于下肢假肢的接受腔包括刚性接受腔骨架(1)、柔性接受腔主体(2)以及与远侧假肢膝关节连接的连接装置(3)，柔性接受腔主体(2)的外表面与刚性接受腔骨架(1)的内表面贴合连接，刚性接受腔骨架(1)的下部与连接装置(3)连接，连接装置(3)通过螺纹连接件(4)与假肢膝关节部件连接，刚性接受腔骨架(1)上设置有材料去除区域和材料增强区域，柔性接受腔主体(2)上设置有梯度分布的多孔填充区域，柔性接受腔主体(2)的材料弹性模量呈梯度分布，柔性接受腔主体(2)的梯度模量通过多种具有不同等效弹性模量的填充结构和填充百分比实现的，基于具有不同等效弹性模量的孔隙结构实现柔性接受腔主体(2)的区域梯度模量分布；填充结构包括网格填充，直线填充，三角形填充，内六角填充，立方体填充，八面体填充，四面体填充，同心填充，锯齿填充，交叉填充以及以上形式的组合；

包括以下步骤：

S1、利用有限元方法建立残肢-接受腔的三维有限元模型，设置残肢与接受腔各部分的材料属性，设置肌肉的主动力学属性，将使用者日常活动中残肢受到的载荷作为有限元模型的边界条件，进行多步态条件下肌肉主动收缩变形的残肢-接受腔界面生物力学分析；

S2、根据生物力学分析结果，开始接受腔刚性骨架和柔性主体的形状设计与优化，以患者静止站立时残肢受到的载荷为边界条件，通过迭代优化接受腔柔性主体与刚性骨架的几何形状，根据残肢接受腔的界面接触压力与目标接触压力的差值优化调整接受腔柔性主体和刚性骨架相应区域的形状调整量，使接受腔各个区域的接触压力与目标接触压力相同；

S3、更新有限元模型，开始接受腔刚性骨架的结构设计与优化，以多步态条件下患者残肢受到的载荷为边界条件，先根据多步态条件生物力学分析得到的残肢-接受腔界面接触压力分布确定接受腔刚性骨骼的材料去除区域，再利用结构拓扑优化方法根据生物力学分析中接受腔刚性骨架的应力应变结果确定其材料增强区域，根据接受腔刚性骨架中应力的分布与该材料的许用应力之间的差值确定接受腔刚性骨架相应区域增厚的幅度，保证接受腔刚性骨架在使用过程中的安全性；

S4、更新有限元模型，开始接受腔柔性主体梯度功能结构的设计与优化，以多步态条件下患者残肢受到的载荷为边界条件，优化接受腔柔性主体不同区域的材料属性，根据残肢-接受腔界面接触压力调整接受腔柔性主体的区域材料弹性模量，改变接受腔柔性主体各区域在受压时的变形量，使得整个运动过程中残肢-接受腔界面上接触压力均匀；

S5、导出接受腔刚性骨架和柔性接受腔主体的几何模型，根据柔性接受腔主体不同区域不同的材料属性映射为不同的填充结构与填充百分比；

S6、使用多材料3D打印机将刚性接受腔骨架和柔性接受腔主体一体打印，然后对打印完成的接受腔进行修整抛光处理得到3D打印柔性接受腔，接受腔刚性骨架和柔性主体的材料为适用于3D打印工艺的塑料和纤维增强塑料。

2.根据权利要求1所述的制备用于下肢假肢的接受腔的方法，其特征在于，步骤S1中，有限元模型包括残肢骨骼、肌肉、除肌肉外的残肢软组织以及接受腔的刚性骨架和柔性主体；多步态条件包括静止站立、坐姿、水平匀速行走、上下楼梯以及以一定的角度上下坡等作为有限元界面生物力学分析的边界条件，肌肉的主动力学属性包括在各步态条件下残肢各肌肉的激活状态及其激活状态下主动收缩的生物力学特征，包括肌肉收缩力与收缩变形量，以及各肌肉群在运动过程中自身的刚度变化。

3.根据权利要求1所述的制备用于下肢假肢的接受腔的方法，其特征在于，步骤S2的迭代优化准则为：目标接触压力小于人体软组织疼痛阈值，根据残肢接受腔的界面接触压力与目标接触压力的差值确定调整接受腔柔性主体和刚性骨架相应区域的形状调整量，当所有区域界面接触压力与目标界面接触压力的差小于容差范围时迭代终止。

4.根据权利要求1所述的制备用于下肢假肢的接受腔的方法，其特征在于，步骤S3中，根据残肢-接受腔界面接触压力的结果，将接受腔刚性骨架上界面接触压力超过软组织压力疼痛阈值的区域的材料移除，更新接受腔刚性骨架模型之后，再次进行有限元生物力学分析，利用拓扑优化方法确定接受腔刚性骨架的材料增强区域，将接受腔刚性骨架模型更新之后再次提交生物力学分析，经过多次迭代之后得到最终的接受腔刚性骨架几何拓扑结构。